專題能力訓(xùn)練14力學(xué)實(shí)驗(yàn)(時(shí)間:45分鐘滿分:100分)1.(10分)(2018全國卷)如圖甲所示,一彈簧上端固定在支架頂端,下端懸掛一托盤;一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成,主尺豎直固定在彈簧左邊;托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對齊的裝置,簡化為圖中的指針。現(xiàn)要測量圖甲中彈簧的勁度系數(shù)。當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時(shí),移動(dòng)游標(biāo),使其零刻度線對準(zhǔn)指針,此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為1.950 cm;當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時(shí),移動(dòng)游標(biāo),再次使其零刻度線對準(zhǔn)指針,標(biāo)尺示數(shù)如圖乙所示,其讀數(shù)為cm。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2,此彈簧的勁度系數(shù)為N/m(保留3位有效數(shù)字)。2.(14分)某同學(xué)利用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置,探究物塊在水平桌面上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。物塊在重物的牽引下開始運(yùn)動(dòng),重物落地后,物塊再運(yùn)動(dòng)一段距離停在桌面上(尚未到達(dá)滑輪處)。從紙帶上便于測量的點(diǎn)開始,每5個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的頻率為50 Hz。甲乙(1)通過分析紙帶數(shù)據(jù),可判斷物塊在兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)和之間某時(shí)刻開始減速。(2)計(jì)數(shù)點(diǎn)5對應(yīng)的速度大小為m/s,計(jì)數(shù)點(diǎn)6對應(yīng)的速度大小為m/s。(保留三位有效數(shù)字)(3)物塊減速運(yùn)動(dòng)過程中加速度的大小為a=m/s2,若用ag來計(jì)算物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)(g為重力加速度),則計(jì)算結(jié)果比動(dòng)摩擦因數(shù)的真實(shí)值(選填“偏大”或“偏小”)。3.(14分)為了測量木塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù),某小組使用位移傳感器設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置,讓木塊從傾斜木板上一點(diǎn)A由靜止釋放,位移傳感器可以測出木塊到傳感器的距離。位移傳感器連接計(jì)算機(jī),描繪出滑塊相對傳感器的位移x隨時(shí)間t變化規(guī)律,如圖乙所示。(1)根據(jù)上述x-t圖,計(jì)算0.3 s時(shí)木塊的速度v= m/s,木塊加速度a= m/s2;(以上結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(2)若知道木板的傾角為,則木塊與木板的動(dòng)摩擦因數(shù)=(所有量用字母表示,已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間)。(3)為了提高木塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)的測量精度,下列措施可行的是。A.A點(diǎn)與傳感器距離適當(dāng)大些B.木板的傾角越大越好C.選擇體積較小的實(shí)心木塊D.傳感器開始計(jì)時(shí)的時(shí)刻必須是木塊從A點(diǎn)釋放的時(shí)刻4.(16分)(1)下圖螺旋測微器的讀數(shù)為 mm。圖中游標(biāo)卡尺的讀數(shù)是 cm。(2)用如圖實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。m2從高處由靜止開始下落,m1上拖著的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn),對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。下圖給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶:0是打下的第一個(gè)點(diǎn),每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)(圖中未標(biāo)出),計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示。已知m1=50 g、m2=150 g,則(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v= m/s。在打下點(diǎn)“0”到點(diǎn)“5”過程中,系統(tǒng)動(dòng)能的增量Ek= J,系統(tǒng)勢能的減少量Ep= J(計(jì)算時(shí)g取10 m/s2)。由此得出的結(jié)論:。若某同學(xué)作出v22-h圖象如圖,則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭= m/s2。5.(14分)某實(shí)驗(yàn)小組用一只彈簧測力計(jì)和一個(gè)量角器等器材驗(yàn)證力的平行四邊形定則,設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,固定在豎直木板上的量角器的直邊水平,橡皮筋的一端固定于量角器的圓心O的正上方A處,另一端系繩套1和繩套2。(1)主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:彈簧測力計(jì)掛在繩套1上豎直向下拉橡皮筋,使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O處,記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)F;彈簧測力計(jì)掛在繩套1上,手拉著繩套2,緩慢拉橡皮筋,使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn),此時(shí)繩套1沿0方向,繩套2沿120方向,記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1;根據(jù)力的平行四邊形定則計(jì)算此時(shí)繩套1的拉力F1=;比較,即可初步驗(yàn)證;只改變繩套2的方向,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。(2)保持繩套2方向不變,繩套1從圖示位置向下緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)90,此過程中保持橡皮筋的結(jié)點(diǎn)在O處不動(dòng),關(guān)于繩套1的拉力大小的變化,下列結(jié)論正確的是。A.逐漸增大B.先增大后減小C.逐漸減小D.先減小后增大6.(16分)下圖為一彈簧彈射裝置,在內(nèi)壁光滑、水平固定的金屬管中放有輕彈簧,彈簧壓縮并鎖定,在金屬管兩端各放置一個(gè)金屬小球1和2(兩球直徑略小于管徑且與彈簧不固連)。現(xiàn)解除彈簧鎖定,兩個(gè)小球同時(shí)沿同一直線向相反方向彈射。然后按下述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn):用天平測出兩球質(zhì)量m1、m2;用刻度尺測出兩管口離地面的高度h;記錄兩球在水平地面上的落點(diǎn)P、Q?；卮鹣铝袉栴}:(1)要測定彈射裝置在彈射時(shí)所具有的彈性勢能,還需測量的物理量有。(已知重力加速度g)A.彈簧的壓縮量xB.兩球落點(diǎn)P、Q到對應(yīng)管口M、N的水平距離x1、x2C.小球直徑D.兩球從管口彈出到落地的時(shí)間t1、t2(2)根據(jù)測量結(jié)果,可得彈性勢能的表達(dá)式為Ep=。(3)由上述測得的物理量來表示,如果滿足關(guān)系式,就說明彈射過程中兩小球組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。7.(16分)在探究動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)中,某實(shí)驗(yàn)小組組裝了一套如圖甲所示的裝置,拉力傳感器固定在小車上,一端與細(xì)繩相連,用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶與小車尾部相連接,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期為T,實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下:甲(1)平衡小車所受的阻力:不掛鉤碼,調(diào)整木板右端的高度,用手輕推小車,直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)。(2)測量小車和拉力傳感器的總質(zhì)量m,按圖組裝好儀器,并連接好所需電路,將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近,先接通拉力傳感器和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,然后,打出一條紙帶,關(guān)閉電源。(3)在打出的紙帶中選擇一條比較理想的紙帶如圖乙所示,在紙帶上按打點(diǎn)先后順序依次取O、A、B、C、D、E等多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)間的距離分別用hA、hB、hC、hD、hE、表示,則小車和拉力傳感器在計(jì)時(shí)器打下D點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能表達(dá)式為,若拉力傳感器的讀數(shù)為F,計(jì)時(shí)器打下A點(diǎn)到打下D點(diǎn)過程中,細(xì)繩拉力對小車所做功的表達(dá)式為。乙(4)某同學(xué)以A點(diǎn)為起始點(diǎn),以A點(diǎn)到各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)動(dòng)能的增量Ek為縱坐標(biāo),以A點(diǎn)到各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)拉力對小車所做的功W為橫坐標(biāo),得到一條過原點(diǎn)的斜率為1的直線,由此可以得到的結(jié)論是。答案：1.答案 3.77553.7解析 主尺讀數(shù)3.7 cm,即37 mm,游標(biāo)第15刻度與主尺對齊,所以總讀數(shù)為37 mm+15120 mm=37.75 mm=3.775 cm;由F=kx得k=Fx=mgx2-x1=0.1009.8(3.775-1.950)10-2 N/m53.7 N/m。2.答案 (1)67(或76)(2)1.001.20(3)2.00偏大解析 (1)由紙帶上各點(diǎn)間距可以看出,6、7兩點(diǎn)間距離最大,在計(jì)數(shù)點(diǎn)6之前,連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi)位移差x=2.00 cm,而6、7兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間位移與前一段位移之差x=x67-x56<2.00 cm。故物塊在兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)6和7之間開始減速。(2)根據(jù)v5=x462T可得v5=(9.00+11.01)0.0120.1 m/s=1.00 m/s,從點(diǎn)2到點(diǎn)6段的加速度a=x56-x45T2=2.01 m/s2,v6=v5+aT=1.20 m/s。(3)物塊在6、7點(diǎn)間加速度變化,減速過程加速度大小有a=x79-x9 1122T2=2.00 m/s2,重物落地后,滑塊向前運(yùn)動(dòng)時(shí)除受物塊與桌面之間摩擦力作用外,紙帶和限位孔之間也存在摩擦力作用,即mg+F阻=ma,=ma-F阻mg,故利用=ag計(jì)算出的動(dòng)摩擦因數(shù)比真實(shí)值偏大。3.答案 (1)0.804.0(2)gsin-agcos(3)AC解析 (1)由圖象知,在第1個(gè)0.1 s內(nèi),木塊的位移為0,在第2個(gè)0.1 s,木塊的位移x2=(42-40) cm=2 cm,經(jīng)第3個(gè)0.1 s,木塊的位移x3=(40-34) cm=6 cm,經(jīng)第4個(gè)0.1 s,木塊的位移x4=(34-24) cm=10 cm,0.3 s時(shí)木塊的速度v=x3+x42t=0.80 m/s;由x=aT2解得a=xT2=4. 0 m/s2。(2)根據(jù)牛頓第二定律,有mgsin -mgcos =ma,解得=gsin-agcos。(3)A點(diǎn)與傳感器距離適當(dāng)大些,可提高長度的測量精度,提高加速度的測量精度,從而提高動(dòng)摩擦因數(shù)的測量精度,選項(xiàng)A正確;而木板的傾角過大,則運(yùn)動(dòng)時(shí)間過短,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;體積較小的實(shí)心木塊受到的空氣阻力較小,測量結(jié)果較準(zhǔn)確,選項(xiàng)C正確;傳感器開始計(jì)時(shí)的時(shí)刻可從任意位置,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4.答案 (1)5.6701.050(2)2.40.580.60在誤差允許的范圍內(nèi),m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒9.7解析 (1)5.5 mm+17.00.01 mm=5.670 mm,注意讀可動(dòng)刻度時(shí)要估讀一位;游標(biāo)卡尺讀數(shù)1 cm+100.05 mm=1.050 cm。(2)由瞬時(shí)速度與平均速度的關(guān)系式v5=v=x462T=2.4 m/s,Ek=12(m1+m2)v52=0.58 J,重物m1上升h5=60.00 cm=0.60 m,重物m2下降0.60 m,系統(tǒng)重力勢能的減小量Ep=m2gh5-m1gh5=0.60 J。在誤差允許的范圍內(nèi),m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。由上述分析可得系統(tǒng)機(jī)械能守恒表達(dá)式12(m1+m2)v2=(m2-m1)gh,得v22=m2-m1m2+m1gh,可知圖線的斜率k=m2-m1m2+m1g=5.821.20=4.85,解得g=9.7 m/s2。5.答案 (1)F3F1和F1(2)D解析 (1)根據(jù)平行四邊形定則計(jì)算繩套1的拉力F1=Ftan 30=F3,通過比較F1和F1,在誤差范圍內(nèi)相同,則可初步驗(yàn)證。(2)繩套1在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,合力保持不變,根據(jù)平行四邊形定則畫出圖象,如圖所示:根據(jù)圖象可知,繩套1的拉力大小先減小后增大,故D正確。6.答案 (1)B(2)m1gx124h+m2gx224h(3)m1x1=m2x2解析 (1)根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知,彈簧的彈性勢能等于兩球得到的初動(dòng)能之和,而要求解初動(dòng)能必須還要知道兩球彈射的初速度v0,由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知v0=x2hg,故還需要測出兩球落點(diǎn)P、Q到對應(yīng)管口M、N的水平距離x1、x2;(2)小球被彈開時(shí)獲得的動(dòng)能Ek=12mv02=mgx24h,故彈性勢能的表達(dá)式為Ep=12m1v12+12m2v22=m1gx124h+m2gx224h; (3)如果滿足關(guān)系式m1v1=m2v2,即m1x1=m2x2,那么就說明彈射過程中兩小球組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。7.答案 (1)間距相等(2)釋放小車(3)m(hE-hC)28T2F(hD-hA)(4)外力所做的功等于物體動(dòng)能的變化量解析 (1)當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器能在紙帶上打出一系列間隔均勻的點(diǎn)時(shí),小車做勻速直線運(yùn)動(dòng),受力平衡。(2)在組裝好實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源,再釋放小車。(3)D點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于CE段的平均速度,即vD=hE-hC2T,故打下D點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為EkD=12mvD2=m(hE-hC)28T2;拉力對小車做的功為W=F(hD-hA)。(4)因圖線是一條過原點(diǎn)的直線且直線的傾角為45,可得出方程式Ek=W,故可得結(jié)論:外力所做的功等于物體動(dòng)能的變化量。